epoll初级笔记1

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几个月前我使用epoll封装了一个定时器,使用了这么久一切正常。今天回顾一下epoll的基础知识。

epoll 是什么

介绍 epoll 之前,需要先介绍一下 文件描述符,也就是人们常说的 FD.

在 linux 中,我们对文件的操作映射到一个文件描述符(其实就是一个数字),然后我们对这个文件描述符的操作都会对应到具体的文件上。

后来,由于文件描述符如此好用,我们就把文件描述符抽象出来,比如网络操作,数据库操作等都映射到文件描述符。这样我们的所有这些IO操作都可以当做文件一样来操作就行了。

然后由于某些原因,比如网络延迟,文件加锁等等吧,那些“文件”暂时是不可用的,此时我们就需要等待了。

一个网络程序是经常进行网络操作的,如果等待的时间长了,那程序的效率显然比较底下了。

如果在等待文件描述符的过程中,我们可以去做其他事,文件描述符可以使用的使用,我们再过来继续操作我们的文件描述符。这样的话效率显然提高了。

然后呢,系统就提供了这样一些函数来监听文件描述符,当IO准备好的时候,我们就可以马上来继续操作这个文件描述符了。

这样的函数有 epoll, ppoll, select, pselect 等等吧。

打开epoll文件描述符

使用epoll_create函数可以打开一个epoll文件描述符。

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);
int epoll_create1(int flags);

上面的代码说明了epoll_create 函数需要sys/epoll.h头文件。

epoll_create函数会创建一个epoll实例,然后申请创建size个描述符空间。
但是采用原先创建的方法必然会造成文件描述符的浪费,所以系统只会参考这个size, 实际上创建的个数比这个少,之后需要时会动态创建文件描述符的。
但是也要注意,这个size不能为0。

关于epoll_create1函数,当flags是0的时候,作用和epoll_create相同。
当参数不为0时,应该只能为EPOLL_CLOEXEC了,这里就不讲解这个功能了,初级的我们忽略epoll_create1函数吧。

这里还要简单的介绍一下返回值。

默认成功返回非负的epoll文件描述符,返回-1代表出错了,错误把设置在 errno 上。

错误码如下

  • EINVAL size 不是正数。
  • EINVAL (epoll_create1())在 flags 中无效标记被指定。
  • EMFILE epoll 实例的单用户个数达到指定的限制值。
  • ENFILE 达到系统允许打开文件个数的全局上限。
  • ENOMEM 没有更多的内存来创建内核对象。

管理epoll下监听的文件描述符集

使用epoll_ctl函数来管理监听的文件描述符集,这个集合我们统称为事件吧。

主要可以做的是增加新事件,修改已有的事件,删除已有的事件。

#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

参数如下

  • epfd 就是我们的epoll文件描述符。
  • fd 是我们要管理的事件。
  • op 指定我们的管理方式:添加,修改,删除。
  • events 是主要指定我们的事件主要是干什么的

默认成功时,返回0。错误时返回-1,并设置了错误码 errno。

错误码如下

  • EBADF epoll文件描述符或者事件描述符无效
  • EEXIST 同一个事件重复添加
  • EINVAL epfd 不是一个 epoll 文件描述符,或者 fd 与 epfd 相同,或者请求的操作 op 不被本接口支持。
  • ENOENT 修改或者删除的事件不存在
  • ENOMEM 没有足够的内存来处理请求的 op 控制操作
  • ENOSPC 到达注册事件上限,不能再注册事件
  • EPERM 事件不被这个epoll支持

等待epoll事件

注册完事件了,接下来我们就可以使用epoll_wait或epoll_pwait等待事件触发了。

#include <sys/epoll.h>

int epoll_wait (int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);
int epoll_pwait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout, const sigset_t *sigmask);

参数如下

  • epfd 就是我们的epoll文件描述符。
  • events 指向的内存包含对调用者有效的事件(关于这个事件后面具体介绍)。
  • maxevents 最多等待触发的事件个数,一般是events数组的大小
  • timeout 超时事件。-1为无事件无限等待,0为若无事件则立即返回。
  • sigmask 信号知识这里不介绍

返回正数代表触发的事件个数。
0 代表没有事件返回。
-1 代表发生错误,并设置了错误码 errno。

错误码如下

  • EBADF 无效 epoll 文件描述符
  • EFAULT events 指向的内存没有写权限。
  • EINTR 请求事件就绪或 timeout 到期之前,这个调用被信号处理器中断
  • EINVAL 无效 epoll 文件描述符,或 maxevents 小于或等于零。

epoll的数据结构

epoll_event结构

epoll_wait时的那个 epoll_event 相当简单,只有两个值。

一个是事件配置信息, 一个是注册这个事件时的一些数据,存在epoll_data_t结构中。

struct epoll_event {
    uint32_t events; /* 事件配置 */
    epoll_data_t data; /* 用户数据变量 */
};

events 事件如下:

  • EPOLLIN 对 read(2) 操作有效。
  • EPOLLOUT 对 write(2) 操作有效。
  • EPOLLRDHUP 流套接口对端关闭连接,或把写端关闭
  • EPOLLPRI 存在对 read(2) 操作有效的紧急数据
  • EPOLLERR 错误状态:总是等待这个事件,它不需要设置。
  • EPOLLHUP 阻塞:总是等待这个事件,不需要设置。
  • EPOLLET 设置为边缘触发行为。对 epoll 默认的行为是水平触发的。
  • EPOLLONESHOT 设置为一次性有效。

epoll_data_t 结构

epoll_data_t是一个联合体,事件触发时,我们就当做是事件描述符就行了。

typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    uint32_t u32;
    uint64_t u64;
} epoll_data_t;

epoll的好处

  1. 接口简单,容易使用(只有三个接口)。
  2. 监听多个事件,性能不变。
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